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高清組圖︰科學家揭開史蒂夫現象的神秘面紗,發現它不僅僅是極光

SUNSHINEhzl發表於 2019-12-3 22:33:01
作者:天文在线

薄絲帶是一種罕見而壯觀的天體現象,但遠不僅僅是一種極光。

高清組圖︰科學家揭開史蒂夫現象的神秘面紗,發現它不僅僅是極光

圖解︰與在極地附近發現的北極光和南極光這兩種更典型的現象不同,有時還可以在天空中看到另一種叫做史蒂夫(Steve,下同)的光學現象。多年來,科學家們一直對什麼引起這種現象感到困惑,但這個謎團現在已經解開了。

天空觀測者在天文觀測中發現一種新型的不常見的肉眼可視現象,但是它出現在幾年前。

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圖解︰極光通常有多種顏色︰綠色,紅色,甚至藍色,所有的這些都與在我們的大氣層中發現的離子、原子和分子所經歷的原子躍遷有關。但是史蒂夫是一個獨特的現象,擁有極光所沒有的顏色和顏色組合。(NASA Goddard的照片和視頻)

在加拿大阿爾伯塔省的極光觀察者經常在天空中看到一條獨特的紫色/綠色的光帶。

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圖解︰作為紫色/綠色或紫紅色的條紋出現,史蒂夫最初被認為是一種新的極光類型。然而,極光的特征始終是帶電粒子沉澱到地球上,而這里所顯示的美麗的帶狀物後來被證明沒有任何這樣的粒子與之相關聯。(維基媒體共用用戶ELFIEHALL)

這種新的視覺奇觀于2016年末被正式發現,並被命名為史蒂夫,意思是強烈的熱發射速度增強。

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圖解︰這張照片是在加拿大阿爾伯塔省拍攝的,它展示了即使在光污染的情況下史蒂夫事件也是可見的。雖然史蒂夫在2008年才首次被記錄下來,直到2016年才被正式發現,但現在已經知道這是一種可能已經發生了數十億年的自然現象。(CHRIS RATZLAFF /NASA GSFC)

正常情況下,極光是由太陽帶電粒子撞擊地球高層大氣中的原子產生的。

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圖解︰當帶電粒子從太陽傳送到地球時,它們的運動軌跡會受地磁場的影響而彎曲。然而,有些粒子沒有被轉移,而是沿著地球的兩極滲漏下來,在那里它們可以與大氣踫撞並產生極光。史蒂夫事件發生的同時可以伴隨極光,但它卻有獨立和獨特的性質和起源。(NASA Goddard的概念圖像實驗室/KRYSTOFER KIM)

太陽風粒子的運動軌跡受到地磁場的影響而發生彎曲,激發並電離氧、氮和氫。

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圖解︰在新西蘭上空的銀河系出現一段彩色的極光是可能的,可能是傳入的帶電粒子撞擊大氣的不同層和存在于大氣中的不同元素而形成的。(FLICKR的BEN(SEABIRDNZ))

當電子與離子重新結合時,它們會回到能量較低的軌道,從它們的發射線中產生極光。

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圖解︰從國際空間站上看到的南極光是地球的兩大極光之一。右邊的黃綠現象分別是鈉層的空氣輝光和上面的大氣氧。雖然這兩種光學現象都可以從地球上看到,但兩者都與史蒂夫不同。(歐空局/美國航天局)

史蒂夫不同于這個有多種原因。

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圖解︰2016年3月14日北極圈的北極光(北極光)。極地附近的極光有時會產生罕見的紫色,因為來自原子的藍色和紅色的發射線結合在一起可以與常見的綠色一起創造出這一不尋常的景象。史蒂夫也因此有別與其它極光。(奧利維爾€€莫林/法新社/蓋蒂圖片)

1.史蒂夫是一條比極光低緯度的薄絲帶。

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圖解︰2015年11月12日,北極光照亮了挪威北部基爾克內斯鎮附近的夜空。注意不規則的圖案,區別于史蒂夫的絲帶性質。(喬納森€€納克斯特蘭/法新社/蓋蒂圖片)

2.史蒂夫有獨特的顏色,這不是由極光創造的。

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圖解︰這是美國宇航局的圖像衛星捕捉到的南極光的假彩色圖像,並覆蓋在美國宇航局基于衛星的藍色大理石圖像上。地球的顏色是假的,但是極光圖像是絕對真實的。太陽活動導致這些極光,但只產生有限的顏色調色板。(美國航天局)

3.最重要的是,極光是由落在我們大氣層上的帶電粒子定義的,史蒂夫沒有它們。

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相反,史蒂夫是帶電粒子在地球的電離層中更高的地方踫撞時產生的。

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圖解︰這一特殊的史蒂夫事件是由一位平民科學家拍攝的,從中可以看到綠色的‘尖樁柵欄’現象,與這種紫色/紫紅色的光的輝光相隨。輝光不是由離子引起的,而是由粒子踫撞和加熱造成的,產生的可見光排放類似于白熾燈泡中的燈絲。(Y. NISHIMURA ET AL.(2019年),DOI︰10.1029/2019GL082460)

這些踫撞引起巨大的加熱和發光,類似于白熾燈泡絲。

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圖解︰這獨特的史蒂夫景象,紫色的絲帶,伴隨著綠色的‘尖樁柵欄’現象展示在這里。不管產生它的帶電粒子的來源是什麼,綠色特征被歸類為真正的極光,因為它確實是由自由電子與大氣粒子踫撞而產生的。(KRISTA TRINDER/NASA Goddard空間飛行中心)

史蒂夫經常伴隨著一個真正的極光︰綠色的“尖樁柵欄”,源于電子沉澱。

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相關天文知識

Steve(強熱輻射速度增強)是一種大氣光學現象,在天空中呈現出紫色和綠色光帶,由加拿大阿爾伯塔省的極光觀察者于2016年底正式發現。根據歐洲航天局的Swarm任務衛星數據分析,Steve是由一條寬25 千米的熱等離子體,它的帶在450千米的高度上形成的,其溫度為3000度,流速為6 km/s(相比之下到帶外為10_m/s。

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圖解︰甦必利爾湖的Steve。原始文本中有Proton Arc的解釋,但這是錯誤的。艾伯塔極光追逐者在美國宇航局的網站上也有一個質子弧,因此科學家認為他們所遵循的現象是質子弧。由Ken Williams拍攝。

這一現象並不罕見,但在此之前沒有人對其進行過詳細研究。2018年8月,研究人員確定,該現象的天光與粒子沉澱(電子或離子)無關,因此,可能在電離層中產生。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. medium- Ethan Siegel

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